解读USBIF电池充电规范
全球移动通信系统协会(GSMA)联合OTMP(手机开放组织联盟)17家移动运营商和制造商宣布实施跨行业的通用充电器标准,此标准采纳了USB-IF的micro-USB接口作为手机数据和充电的统一接口,并采纳USB-IF的Battery Charging 规范作为充电规范。USB-IF公布了1.1版的Battery charging规范(以下简称为BC规范),比起两年前公布的1.0版本,这个新版本有了较大更新和补充。同时,与之配套的测试规范也正在制定中,预计将在年内颁布和实施。届时USB Battery Charging相关测试项目将纳入到USB兼容测试认证中。
电池充电规范
原有USB2.0规范并没有考虑到使用USB接口为便携式设备的电池进行充电的需求,而这样的需求却越来越多。BC规范要解决的就是这个问题,符合规范的设备和系统即向下兼容USB2.0标准,又针对充电做出了特别的优化。
实际上,BC规范的核心内容就是引入了充电端口识别机制。一个符合BC规范的便携式USB设备或OTG设备通过这套机制可以识别出是插到了一个标准的USB下行接口(Standard Downstream Port );一个USB专用充电器(USB Charger);还是一个针对充电做过优化的USB下行接口(Charging Downstream Port)。然后,这些设备将根据不同的情况,按照BC规范的要求来获取不同的电流。
便携式设备和三种USB充电接口
● Portable Device
Portable Device(以下简称PD)指电池供电的便携式USB外设或者OTG设备,可以通过USB接口来为自身的电池充电。BC规范建议这些的PD应该具备相应的端口识别能力和对从USB总线获取电流的控制能力。
● Standard Downstream Port
基本上,这个Standard Downstream Port指符合现有USB2.0规范的主机(HOST)或集线器(HUB)上的下行USB接口。根据USB2.0规范,当USB外设处于未连接(un-connect)或休眠(suspend)的状态时,一个Standard Downstream Port可向该外设提供不超过2.5mA的平均电流;当外设处于已经连接并且未休眠的状态时,电流可以至最大100mA;而当外设已经配置(configured )并且未休眠时,最大可从VBUS获得500mA电流。
● Charging Downstream Port
Charging Downstream Port是即兼容USB2.0规范,又针对USB充电作出了优化的下行USB接口,它可以是主机上的USB接口,也可以是USB集线器上的。这些下行USB接口能配合Portable Device 完成充电端口识别动作,并提供最大至1.5A的供电能力,满足PD大电流快速充电的需求。
今后很有可能会出现这样的产品,一台笔记本电脑上1个Charging Downstream Port和多个Standard Downstream Port同时存在,用户可以将手机或其他PD连接到Charging Downstream Port进行快速充电,并且在充电的同时可以进行数据连接。
● USB Charger
BC1.1规范中定义的USB Charger与目前市面上可以买到的USB专用充电器类似。USB Charger通过USB口为PD提供充电所需电能,BC1.1要求将USB Charger中的D+和D-进行短接,以配合PD的识别动作,但它不具备和USB设备通信的能力。规范中对USB Charger的电压电流输出能力做出了较严格要求,以确保PD的安全。
USB端口识别机制
BC规范的核心在于充电识别机制,通过这个机制,当PD插入到USB接口时,PD将识别出所插入的USB接口类型。
当PD插入到USB接口以后,它向D+上加载一个0.6V左右的电压(VDP_SRC),随后,PD开始检测D-线上的电压,查看是否收到0.6V的电压回应(VDM_SRC)。因为Standard Downstream Port不会对D+上的0.6V信号作出任何回应,所以如果PD插入的是Standard Downstream Port,那么D-将保持为低电平(图1)。
在Charging Downstream Port中,采用了与PD类似并且与之互补的检测电路,当它检测到D+上有0.6V时,它将随即向D-加载0.6V电压,以回应PD;而在USB Charger中,由于D+和D-是短接的,所以当D+上被加载0.6V电压时,D-也变成了0.6V。
所以,PD插入到Charging Downstream Port 或是USB charger, 则D-线上会被回应一个0.6v电压。此后,PD先将D+(PD为高速或全速设备)或D-(PD为低速设备)拉高至逻辑高电平, 然后通过检测另外一根数据线的电压来区分是Charging Downstream Port 还是USB charger。
因为Charging Downstream Port在充电检测时期,只回应VDP_SRC而不会回应逻辑高电平,所以它将保持数据线为低(图2)。
由于USB charger内部短接了D+和D-,如果一根数据线被拉高,那么另一根数据线也将变成高电平(图3)。
通过以上的检测机制,PD就可以识别出所插入的是何种USB端口。
无电电池充电机制
无电电池充电机制Dead Battery Provision(以下简称DBP)在BC1.1规范中是一个独立的章节,DBP针对一个装有无电或低电量电池的
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